پمپ های خلاء و ژنراتورهای خلاء(Vacuum pumps)

اطلاعات کلی پمپ های صنعتی

پمپ های خلاء و ژنراتورهای خلاء فشار زیر اتمسفر را برای انواع کاربردهای صنعتی و علمی فراهم می کنند. فناوری‌های پمپ خلاء برای گرفتن و چکش صنعتی، گاززدایی آزمایشگاهی و تصفیه در زمینه‌های پردازش شیمیایی و نیمه‌رساناها استفاده می‌شود. سیستم های جاروبرقی در صنایع مختلفی مانند داروسازی، فرآوری مواد غذایی و کاربردهای کشاورزی استفاده می شود.

سابقه و عملکرد

خلاء ظرف یا فضایی است که فشار گاز در آن بسیار کمتر از فشار اتمسفر است. فشار بر اثر برخورد مولکول های گاز متحرک بر روی دیواره یک ظرف ایجاد می شود. بنابراین، در اصل، خلاء در یک ظرف با حذف مولکول های گاز (ماده) از ظرف، کاهش فرکانس برخورد و در نتیجه کاهش فشار ایجاد می شود. کیفیت خلاء به میزان نزدیک بودن فشار به خلاء کامل (فشار صفر) اشاره دارد. کیفیت خلاء با محدوده‌ای از فشارها تعریف می‌شود که بر اساس رویکرد «سنتی» یا انجمن خلاء آمریکا (AVS) استاندارد شده‌اند.

نامگذاری سنتی برای محدوده پمپ خلاء

تعیین AVS برای محدوده کیفیت خلاء.

پمپ های خلاء و ژنراتورهای خلاء با حذف فیزیکی مولکول های گاز از یک ظرف یا فضا، خلاء ایجاد می کنند. برای ایجاد این خلاءها از دو اصل استفاده می شود: انتقال گاز و جذب گاز

انتقال گاز

پمپ های خلاء که بر اساس اصل انتقال گاز کار می کنند با حرکت گازها در پمپ خلاء ایجاد می کنند. این پمپ ها را می توان به طور مداوم بدون نیاز به بازسازی استفاده کرد. تمام پمپ های انتقال گاز یا جابجایی مثبت یا جنبشی (انتقال مومنتوم) هستند. پمپ های جابجایی مثبت (گاز جابجایی) گاز را از مناطق مهر و موم شده به اتمسفر به مرحله پمپ پایین دست جابجا می کند. پمپ های جنبشی با شتاب دادن به گاز در جهت پمپاژ، به صورت مکانیکی (پمپ های خلاء مکانیکی) یا از طریق جریان بخار مجاور (پمپ های خلاء جت ونتوری) گاز را جابجا می کنند.

جذب گاز

پمپ های خلاء که بر اساس اصل جذب گاز یا اتصال گاز کار می کنند با گرفتن فیزیکی گاز خلاء ایجاد می کنند و آن را در حالت یخ زده نگه می دارند. این پمپ ها باید به طور دوره ای بازسازی شوند زیرا با گذشت زمان از مواد جذب شده اشباع می شوند.

این نمودار یک نمای کلی از طبقه بندی پمپ خلاء ارائه می دهد.

طبقه بندی پمپ خلاء

انواع پمپ

همانطور که در نمودار قبلی نشان داده شده است، لیست گسترده ای از انواع پمپ های خلاء وجود دارد. با این حال، به طور کلی، سه دسته اصلی پمپ های خلاء وجود دارد: مکانیکی، خلاء بالا و جت ونتوری. انتخاب کلی بین این انواع به کاربرد و نیازهای خلاء کاربر بستگی دارد.

پمپ های خلاء مکانیکی

پمپ های خلاء مکانیکی با استفاده از دستگاه های مکانیکی مانند پیستون، دیافراگم، پروانه یا دمنده، خلاء تولید می کنند. این پمپ ها معمولاً با خلاء کم (فشار بالاتر) همراه هستند و اغلب به عنوان پمپ های پشتیبان (در زیر توضیح داده شده) برای پمپ های خلاء بالا استفاده می شوند. انواع پمپ خلاء مکانیکی در پایگاه داده GlobalSpec SpecSearch عبارتند از:

• دمنده محوری
• دمنده گریز از مرکز
• پیستون محیطی
• پنجه
• دیافراگم
• پمپ دنده ای
• خطی
• حلقه مایع
• روتور لوبدار (ریشه ها)
• پیستون رفت و برگشتی
• دمنده احیا کننده
• پیستون گهواره ای
• پیستون دوار
• پره دوار
• پیچ دوار
• طومار
  
  پمپ های خلاء بالا
  پمپ های خلاء بالا آنهایی هستند که قادر به تولید خلاء با کیفیت بالاتر (فشار پایین تر) هستند، معمولاً در محدوده بالا (< 10-3، > 10-8 Torr) یا فوق العاده بالا (< 10-8 Torr). آنها با عمل در مسیر آزاد متوسط ​​مولکول های گاز با استفاده از فرآیندهای حرارتی، جذب و مکانیکی مانند انتشار، کشش مولکولی، جذب انجماد، گرفتن و روتورهای توربومولکولی با سرعت بالا عمل می کنند. پمپ‌های خلاء بالا تقریباً همیشه به پمپ پشتیبان نیاز دارند تا خلاء کم اولیه را از فشار اتمسفر ایجاد کنند. انواع پمپ خلاء بالا شامل
• توربومولکولی
• کشیدن مولکولی
• انتشار / بخار
• یون
• برودتی / جذب سرمایی
• جذب گیرنده / TSP / NEG
  
  پمپ جت ونتوری
  ژنراتورهای خلاء Venturi با اثر بر روی خواص چسبناک گاز یا سیال در حال تخلیه با استفاده از ساختار محفظه ونتوری و خواص مایع یا گازی که از طریق یک لوله یا لوله جریان دارد، خلاء ایجاد می کنند. ژنراتورهای خلاء ونتوری یا جت سیال به جریان هوا، گاز یا مایع فشرده به عنوان سیال "محرک" برای کشیدن یا ایجاد خلاء در یک درگاه مورد نظر متکی هستند. آنها فاقد قطعات متحرک هستند و به نیروی دیگری غیر از سیال فشرده نیاز ندارند. انواع جت Venturi عبارتند از:
• ونچوری ایر جت
• اجکتور بخار

• تولید کننده مایع / اجکتور
  
  پشتیبان پمپ های خلاء
  پمپ های خلاء "پشتیبان" یکپارچه، که پمپ های خشن نیز نامیده می شوند، پمپ هایی هستند که به طور خاص برای پشتیبانی از پمپ های خلاء بالا طراحی شده اند. در سیستم خلاء معمولاً به اگزوز پمپ اولیه متصل می شوند. آنها در ابتدا برای پمپ کردن محفظه از طریق پمپ اولیه (خشن) از فشار اتمسفر یا نزدیک به اتمسفر به فشار کافی برای کارکرد پمپ اولیه استفاده می شوند. در این مرحله، پمپ پشتیبان نقش پمپاژ پشتیبان (پشتیبان) را فراهم می کند

  این پمپ ها معمولاً پمپ های مکانیکی هستند، اما نه منحصراً. در یک سیستم خلاء، پمپ پشتیبان معمولاً به یک پمپ خلاء بالا با منیفولد خط جلو متصل می شود. در نظر گرفتن فشار منیفولد هنگام برخورد با پمپ های با خلاء بالا از نوع انتشار مهم است. اگر خیلی زیاد یا خیلی کم باشد، سیستم در معرض خطر انتقال آلودگی به محفظه پردازش یا پمپ خلاء بالا است. انواع مختلف پمپ های خلاء بالا نیازمندی های متفاوتی برای پمپ های زبر / پشتیبان مرتبط با خود دارند.
  
   مشخصات فنی

  پمپ های خلاء و ژنراتورهای خلاء با استفاده از تعدادی مشخصات مهم مربوط به عملکرد، روانکاری، نصب و تعداد مراحل توصیف می شوند.

کارایی

خلاء عملیاتی نهایی یا فشار نهایی کمترین فشاری است که پمپ خلاء می تواند ایجاد کند (در مدت زمان تعیین شده) که به فشار اتمسفر یا صفر مطلق اشاره دارد. فشار نهایی نامی یک مقدار نظری است که اغلب بر اساس مفروضات خاصی که در شرایط عملیاتی معمولی واقعی نیستند (مثلاً نادیده گرفتن فشار گازهای قابل تراکم مانند بخار آب) داده می شود. فشار پایه گاهی اوقات مترادف با فشار نهایی است، اما ممکن است به عنوان یک مقدار جداگانه داده شود. به عنوان یک رتبه بندی جداگانه، خلاء به دست آمده در شرایط خاص که در استاندارد ISO 21360-1 مشخص شده است را تعریف می کند. فشار پایه معمولاً بالاتر از فشار نهایی است زیرا باید در یک دوره زمانی مشخص به دست آید

سرعت پمپاژ نرخ حجمی است که گاز در آن در یک صفحه منتقل می شود که معمولاً بر حسب ft3/min (cfm)، m3/s، L/min یا gal/min (gpm) داده می شود. به صورت ریاضی با معادله تعریف می شود:

S = Q/P

در جایی که S سرعت پمپاژ است، Q توان عملیاتی بار گاز (در زیر توضیح داده شده) و P فشار ورودی گاز است. حداکثر سرعت پمپاژ قابل دستیابی یک پمپ همیشه به عنوان سرعت پمپاژ نامی آن نامیده می شود و سرعت پمپاژ ذکر شده توسط سازندگان معمولاً به STP (دما و فشار استاندارد) اشاره می شود. سرعت پمپاژ باید مطابق با نیازهای برنامه باشد که به حجم محفظه سیستم، دفع و بارهای گاز فرآیند بستگی دارد. به خاطر داشته باشید که سرعت خود پمپ به ندرت سرعت پمپاژ واقعی در محفظه سیستم است.

نکته انتخاب: سرعت پمپاژ به طور کلی در شرایط ایده‌آل مشابه فشار نهایی (حداقل حجم، درست در ورودی پمپ، کمترین نرخ خروج گاز ممکن و غیره) تعریف می‌شود. هنگام در نظر گرفتن این مشخصات برای ارزیابی عملکرد پمپ باید به این جزئیات دقت شود.

بازده یا بار گاز مقدار گازی است (یعنی حجم گاز در یک فشار مشخص) که از یک صفحه در زمان مشخصی عبور می کند. در واحدهای SI، توان عملیاتی اغلب بر حسب Pa-m3/s داده می شود. انرژی مورد نیاز برای انتقال مولکول های گاز را در یک صفحه در سیستم یا محفظه تعریف می کند. در دمای مشخص، توان عملیاتی متناسب با دبی جرمی پمپ است. هنگام بحث در مورد نشت سیستم یا جریان برگشتی، توان عملیاتی همچنین می تواند به نرخ نشت حجم ضرب در فشار در سمت خلاء نشتی اشاره کند. این میزان نشتی را می توان با توان خروجی پمپ مقایسه کرد.

منحنی سرعت پمپاژ در مقابل فشار نشان می دهد که چگونه فشار تولید شده توسط پمپ خلاء با سرعت پمپاژ تغییر می کند. عملکرد پمپ را در سراسر محدوده کاربرد احتمالی آن توصیف می کند و به کاربران امکان می دهد توانایی پمپ را در شرایط کاری خاص ارزیابی کنند. یک پمپ خلاء معمولی ممکن است منحنی عملکردی مانند این داشته باشد:

منحنی عملکرد برای یک پمپ خلاء خشک از نوع پیستون گهواره ای.

همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است، رابطه بین فشار و سرعت پمپاژ برای پمپ های با خلاء کم مثبت و برای پمپ های خلاء بالا منفی است. هنگام انتخاب یک پمپ پشتی برای یک سیستم با خلاء بالا، مقایسه منحنی های عملکرد برای انواع پمپ برای اطمینان از برآورده شدن الزامات جریان و فشار مهم است.

مراحل

مرحله پمپ خلاء مشخص می کند که چند بخش متوالی، محفظه یا پمپ با هم در واحد بسته بندی می شوند. برای بسیاری از کاربردها، استفاده از یک پمپ خلاء چند مرحله ای ممکن است کارآمدتر از استفاده از چندین پمپ جداگانه به صورت سری باشد

• پمپ های تک مرحله ای مولکول های گاز را مستقیماً از محفظه تخلیه شده به جو منتقل می کنند.
• پمپ های دو مرحله ای برای کاهش فشار مطلق، مولکول های گاز را در دو مرحله تخلیه می کنند.
• پمپ های سه مرحله ای از سه محفظه مجزا به صورت متوالی استفاده می کنند.

• پمپ های چهار مرحله ای یا بیشتر در کاربردهایی که نیاز به خلاء بسیار بالا دارند استفاده می شود
  
  روانکاری

  پمپ‌های بدون روغن یا بدون روغن (که گاهی اوقات پمپ‌های "خشک" نامیده می‌شوند) از یاتاقان‌های مهر و موم شده دائمی یا سایر فناوری‌های جداسازی برای حذف روغن در قطار سیال استفاده می‌کنند. اغلب پمپ های خشک از یاتاقان های روغن کاری شده استفاده می کنند، بنابراین آنها همیشه واقعاً بدون روغن نیستند. با این حال، آنها پتانسیل آلودگی روغن را در سیستم به حداقل می‌رسانند زیرا برای آب‌بندی به روغن متکی نیستند. پمپ های خشک نسبت به انواع دیگر تحمل بیشتری نسبت به ذرات و بخارات دارند. اکثر پمپ های پیچی، اسکرول، دیافراگمی و پیستونی پمپ های خلاء خشک هستند
  پمپ های روغنی (که به پمپ های مرطوب نیز معروف هستند) از روغن برای روانکاری و آب بندی یاتاقان ها و قطعات استفاده می کنند. این نوع پمپ ها ممکن است مقدار کمی روغن را به محفظه جریان نشت کنند و در صورت ایجاد مشکل آلودگی روغن نباید از آنها استفاده شود. فراتر از دردسرهای دفع و/یا تمیز کردن روغن کارکرده، پمپ های مهر و موم شده روغن بسیار قابل اعتماد هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری کمی در خارج از تعویض روغن دارند. انواع مختلفی از روان کننده ها موجود است. خواصی که در انتخاب باید در نظر گرفته شود عبارتند از روانکاری، پایداری شیمیایی، ویسکوزیته و سازگاری مواد. همچنین تعدادی از سبک های روانکاری برای این پمپ ها وجود دارد 

روانکاری پاششی شامل پاشیدن فیزیکی روغن بر روی اجزای حمام روغن است

روغن کاری روغنی گاهی اوقات در پره های چرخشی و سایر سبک های پمپ مکانیکی استفاده می شود. این نوع روانکاری شامل استفاده سنگین از روغن برای قطعات متحرک است. این پمپ ها نباید همراه با سیالاتی که ممکن است با روغن واکنش دهند یا آلودگی روغن غیرقابل قبول است استفاده شوند.

فرآیندهای روانکاری با فشار مثبت فشار روغن را برای اطمینان از بالاترین سطح روانکاری حفظ می کنند

تعدادی تفاوت بین پمپ های بدون روغن و پمپ های مهر و موم شده روغن وجود دارد که ممکن است به تعیین نوع مورد نیاز کمک کند. برخی از این تفاوت ها در جدول زیر آورده شده است.

مقایسه پمپ تر و خشک

نصب

بر اساس ساختار و وزن، پمپ های خلاء را می توان به روش های مختلفی نصب کرد. سبک نصب مورد نیاز به محل پمپ و کاربرد آن بستگی دارد.

نصب روی میز برای پمپ هایی به اندازه کافی کوچک برای نصب یا قرار دادن روی نیمکت یا میز استفاده می شود. این مدل ها ممکن است قابل حمل نیز باشند.

چرخ دستی ها یا سایر پایه های قابل حمل شامل چرخ ها، چرخ ها یا قاب هایی هستند که به راحتی قابل جابجایی هستند برای جابجایی مکرر پمپ.

پمپ های خلاء بزرگتر ممکن است روی زمین یا روی لغزنده قرار گیرند.

نصب دائمی با سیستم ها یا ایستگاه های بسیار بزرگ که به طور دائم در یک مکان نصب می شوند استفاده می شود.

پیکربندی

پمپ های وکیوم بسته به نیاز مشتری ممکن است در تعدادی پیکربندی مختلف خریداری شوند.

پمپ های خلاء مجزا معمولاً برای قرار دادن در سیستم یا فرآیند بزرگتر استفاده می شوند.

واحدهای پمپاژ خلاء از دو یا چند پمپ یا مرحله با استفاده از فناوری های مختلف تشکیل شده است که برای افزایش ظرفیت یا بهره مندی از ویژگی های هر نوع به هم متصل یا روی هم چیده می شوند.

سیستم‌های خلاء می‌توانند شامل پمپ‌های متعدد و لوله‌ها، شیرها، کنترل‌ها، گیرنده‌ها و غیره باشند. این پمپ‌ها همچنین می‌توانند منابع خلاء متمرکز را برای سلول‌ها یا کارخانه‌های تولید یا اتوماسیون نشان دهند.

سازگاری مواد

پمپ های خلاء و ژنراتورهای خلاء و روان کننده های مربوطه باید با سیالاتی که حرکت می کنند یا جذب می کنند سازگار باشند تا از سایش یا خوردگی جلوگیری کنند و از عملکرد ایمن و تمیز اطمینان حاصل کنند. نوع و قوام گاز مورد استفاده نیز بر عملکرد پمپ تأثیر می گذارد، زیرا اکثر پمپ ها گازهای مختلفی را با سرعت های مختلف پمپ می کنند. برای مثال، یک کرایوپمپ سرعت پمپاژ بخار آب بسیار بالاتری نسبت به پمپ توربومولکولی دارد، حتی اگر هر دو پمپ ممکن است دقیقاً سرعت نیتروژن یکسانی داشته باشند.

امکانات

پمپ های خلاء و ژنراتورهای خلاء ممکن است دارای ویژگی های اضافی باشند. پایگاه داده GlobalSpec SpecSearch شامل تعدادی ویژگی محصول است

کنترل کننده یا پانل های کنترل OEM - برای تنظیم کنترل ها و ارائه عملکردهای اضافی بالاتر از یک دستگیره رگولاتور ساده استفاده می شود.
کنترل توالی سوپاپ - برای کنترل وضعیت شیرها در یک سیستم پمپ خلاء، اغلب از یک پانل مرکزی یا مکان استفاده می شود.
گیج خلاء - یک صفحه، عددی یا انواع دیگر بازخوانی فشار در نقاطی از سیستم خلاء را ارائه می دهد.
تله یکپارچه - برای جلوگیری از جریان برگشتی و آلودگی ناشی از خشن شدن پمپ ها در کاربردهای بهداشتی یا خلاء بالا استفاده می شود. انواع تله یا فن آوری های مختلفی برای جلوگیری از ورود نفت یا بخار آب، هیدروکربن ها و غیره به محفظه طراحی شده است.
بالاست گاز - اجازه می دهد تا هوای اتمسفر وارد محفظه تراکم شود تا میعانات موجود در روغن را به حداقل برساند و از خوردگی جلوگیری کند.
یاتاقان مغناطیسی - برای بلند کردن روتور پمپ از طریق شناور مغناطیسی برای از بین بردن تماس و اصطکاک تماس بین دو سطح استفاده می شود.

برنامه های کاربردی

پمپ های خلاء و ژنراتورهای خلاء در کاربردهای بسیار متنوعی استفاده می شوند. برخی از نمونه های خاص شامل پوشش لایه نازک، جوشکاری آلیاژهای واکنشی، تشخیص نشت، خشک کردن انجماد، شبیه سازی فضایی، استریل کردن، بازیافت حلال، حذف دود و گازهای آلوده، و گرفتن و چفت کردن خلاء هستند.

منابع:

https://www.globalspec.com

محصولات و خدمات مرتبط

پمپ‌های خلاء بالا

پمپ‌های خلاء بالا و فوق‌العاده به طور موثر در منطقه خلاء بالا کار می‌کنند و جریان مولکولی را برای سیستم‌های بسیار تخلیه می‌کنند.

پمپ‌ها و سیستم‌های خلاء مکانیکی 

پمپ‌ها و سیستم‌های مکانیکی خلاء شامل دستگاه‌هایی مانند پیستون، پنجه، مارپیچ‌های پیمایشی و دیافراگم برای جداسازی و فشرده‌سازی هوا هستند.

دمنده های احیا کننده

دمنده های احیا کننده دمنده هایی با فشار کم و حجم بالا هستند که جریان هوای گریز از مرکز تولید می کنند. آنها در کاربردهای فشرده سازی، خلاء و دمنده صنعتی استفاده می شوند.

پمپ‌ها و سیستم‌های وکیوم پره‌ای دوار

پمپ‌ها و سیستم‌های وکیوم پره‌ای دوار، رسانه‌ها را با استفاده از یک مجموعه دوار در محفظه پمپاژ از طریق پمپ حرکت می‌دهند. به طور معمول، دو یا چند پره چرخان وجود دارد که رسانه ها را از ورودی به خروجی حرکت می دهند. پمپ های خلاء پره ای دوار، پمپ های جابجایی مثبت هستند.

ژنراتورهای خلاء Venturi

ژنراتورهای خلاء Venturi از جریان سیال محرک مانند هوا، بخار یا مایع برای تخلیه هوا استفاده می کنند.